In situ photoacoustic characterization for porous silicon growing: detection principles
有几种方法可以原位监测多孔硅（PS）的形成。这些方法之一是光声。以前的工作，报告使用光声研究PS的形成没有提供的信号的起源的物理解释。本文对PS刻蚀过程中光声信号的来源进行了物理解释。入射的调制辐射和反射率的变化被视为热源。在本文中，提出了一种有用的方法来确定的蚀刻速率，孔隙率和折射率的PS膜的样品厚度的测定，使用SEM图像。该方法通过使用相同的阳极氧化条件进行两个不同的实验来开发。第一个实验由具有不同蚀刻时间的样品的生长组成，以证明光声信号的周期性，第二个实验考虑使用与光声信号的周期相关的三个不同波长的生长样品。最后的实验表明，光声信号的周期与激光波长成正比。
2016-01-29 cond-mat.mtrl-sci
In Situ Imaging of the Conducting Filament in a Silicon Oxide Resistive Switch
许多阻变系统中导电细丝的性质一直是难以捉摸的。通过原位透射电子显微镜，我们图像的实时形成和演变的灯丝在硅氧化物电阻开关。电铸过程中发现，涉及局部富集的硅从氧化硅基质。观察到半金属硅纳米晶体与传统的金刚石立方体形式的硅的结构变化，这可能占在灯丝的传导。响应于不同的电刺激的硅纳米晶体的生长和收缩显示在硅形式的能量上可行的过渡过程，提供证据的开关机制。这项研究还提供了对氧化硅层电击穿过程的见解，氧化硅层在许多电子设备中无处不在。
2011-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evolution of magnetic anisotropy in cobalt film on nanopatterned silicon substrate studied in situ using MOKE
研究了纳米图形硅衬底上钴薄膜的磁化特性随薄膜厚度的变化规律。在原位磁光克尔效应测量薄膜沉积过程中，使我们能够研究真正的厚度依赖性的磁化行为，所有其他参数，如表面拓扑结构，沉积条件保持不变。该薄膜具有单轴磁各向异性，其大小随薄膜厚度的增加而减小。分析表明，各向异性有贡献，从两个，i）交换能量，这是体积依赖性和，ii）杂散偶极场在表面/界面。这表明局部磁化仅部分遵循波纹表面的拓扑结构。从能量的考虑预期，对于小的膜厚度，局部磁化紧密遵循的波纹的表面轮廓，使体积项作为主要的贡献。随着膜厚的增加，局部磁化强度逐渐偏离局部斜率，并沿宏观膜面趋于均匀磁化强度，表面项起主导作用。与基于理论考虑预期的各向异性能的显着偏差可以归因于几个因素，例如表面拓扑结构与理想正弦波的偏差、沿着波纹方向的连续性破坏、图案位错等缺陷以及可能的表面调制深度随着膜厚的增加而减小。
2019-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Reversible nanopore sealing and in situ iron oxide nanoparticle synthesis on thin silicon nitride membranes
Goeppert LLC（Goeppert公司）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
该研究通过化学反应在硅氮化物纳米孔内原位合成铁氧化物粒子，实现了纳米孔的可逆密封与恢复，为生物传感、等离子体和光子学应用提供了新型纳米粒子-纳米孔芯片技术。
2025-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Vicinal silicon surfaces: from step density wave to faceting
本文研究了在原子台阶透明的情况下，电迁移引起的刻面机制。为了这个目的，我们研究了几个邻位取向的手段，在原位（光学衍射，电子显微镜）以及异位（原子力显微镜，microprofilometry）可视化技术。数据显示，刻面过程分为两个阶段。第一阶段是短的，并导致一个阶梯密度波的外观，与波长大致独立的表面取向。第二个阶段是慢得多，并导致形成的山丘和山谷结构，其周期取决于初始表面取向。一个简单的连续模型使我们能够指出为什么阶跃密度波的波长不依赖于表面的微观细节。最终的波长是由弹性台阶之间的相互作用和刻面边缘的能量成本之间的竞争控制。最后，表面应力的角度依赖性出现作为一个粗粒度的图片从步骤模型。
2007-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Dramatic reduction of surface recombination by in-situ surface passivation of silicon nanowires
纳米线具有独特的光学性质[1-4]，被认为是能量收集应用（如太阳能电池）的重要组成部分。[2，5-8]然而，由于其大的表面与体积比，载流子通过表面态的复合将纳米线中的载流子扩散长度减少了几个数量级，[9]通常导致基于纳米线的太阳能电池的低效率（百分之几或更少）。[7，8，10，11]通过表面钝化减少复合对于实现高性能纳米尺寸的光电子器件是至关重要的，但在很大程度上仍未被探索。[7，12-14]在这里，我们表明，涂覆在单晶硅纳米线（sc-SiNW）上的非晶硅（a-Si）薄层，在汽-液-固（VLS）过程中原位形成核-壳结构，将表面复合降低了近两个数量级。在调制光的照射下，我们测量到单个核壳纳米线的光敏性比没有壳的常规纳米线提高了90倍以上。纳米线的光吸收的模拟表明，强吸收的a-Si壳层有助于这种效果，但我们得出的结论是，这种效果主要是由于表面钝化增强载流子寿命。
2011-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Real-time Measurement of Stress and Damage Evolution During Initial Lithiation of Crystalline Silicon
在以锂金属为对电极和参比电极的电化学电池中，研究了（100）硅片初始锂化过程中的晶相到非晶相的转变。研究表明，跨相界的严重应力跳跃会导致断裂和损坏，这是设计锂离子电池硅基阳极时的一个重要考虑因素。在初始锂化期间，移动相边界从面向锂电极的表面开始进入晶片，将晶体硅转化为非晶LixSi。原位测量非晶层中产生的双轴压应力，并且观察到约为0.0001。0.5 GPa。HRTEM图像显示，结晶-非晶相边界非常尖锐，厚度约为1 nm。脱锂后，应力迅速逆转，变成拉伸，非晶层在约0.5 GPa下开始塑性变形。随着持续的脱锂，屈服应力的大小增加，最终导致非晶层突然断裂成微碎片，并且裂纹延伸到下面的晶体硅中。
2011-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Aging-driven in situ polymerization of FEC additive boosts the calendar-life of silicon anodes via surface passivation enhancement
Department of Mechanical Engineering, University of Delaware（特拉华大学机械工程系）
FEC添加剂通过原位聚合增强硅负极表面钝化，显著延长电池日历寿命。
2025-11-30 cond-mat.mtrl-sci
In-situ coating of silicon-rich films on tokamak plasma-facing components with real-time Si material injection
本研究在DIII-D托卡马克中通过杂质颗粒注入器注入硅弹丸，验证了实时材料注入可在偏滤器面向等离子体部件上原位形成富硅涂层，为长脉冲反应堆的PFC涂层实时补充提供了可行技术路径。
2023-08-09 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
MgB2 superconductor thin films on Si and Al2O3 substrates
采用三种不同的工艺在蓝宝石和硅衬底上制备了MgB_2超导薄膜。硼薄膜在镁蒸气中进行非原位退火，得到织构多晶薄膜，其晶体尺寸小于1000 nm，起始临界温度Tcon接近39 K，相变宽度约1 K。在蓝宝石和硅衬底上，非原位和原位退火共沉积的硼和镁薄膜都产生了光滑的纳米晶薄膜。在硅衬底上共沉积的纳米晶MgB2薄膜的直流特性达到Tcon = 33 K和零电阻Tco = 27 K，这是迄今为止在Si衬底上获得的最高值。此外，微波分析证明了在39K以下薄膜中存在超导部分。这一结果证实了利用真空共沉积法在硅衬底上制备临界温度接近39 K的纳米晶MgB_2超导薄膜的可能性。
2001-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
High-Resolution X-Ray Studies of the Direct Spin Contact of EuO with Silicon
铁磁半导体一氧化铕（EuO）被认为是一种有效的自旋注入器时，直接集成与硅。通过自旋选择性欧姆接触的注入要求界面EuO/Si的极好的结构质量。最近在制造无缓冲层EuO/Si结方面取得的突破要求对半导体之间的界面进行结构研究。非原位高分辨X射线衍射和反射率伴随着原位反射高能电子衍射揭示了界面处的直接耦合。XRD和XRR数据的组合分析提供了一个通用的结构模型。EuO/Si自旋接触的结构质量远远超过了以前的报道，从而向自旋电子学的最终目标迈进了一步。
2015-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Strong Spreading in a Droplet Flow for Low-Dimensional Nanostructures Growth
本文报道了用透射电镜原位观察铟液滴在表面覆盖有氢化非晶硅（a-Si：H）的氮化硅膜上的流动，并由此制备出面内c-Si纳米线。我们观察到，液滴强烈蔓延的a-Si：H涂覆的表面，而它从c-Si NW露点。这种原位观察，结合这种液-固系统的几何分析，与de Gennes理论预测的液滴流体动力学的反应扩散，其中液滴流动的润湿性梯度是由一个渐进的自憎过程，由于液滴介导的结晶a-Si：H保持良好的一致性。有趣的是，我们记录了液滴-纳米线界面的温度依赖性演化，这导致液滴破裂，自转向和纳米片到纳米线的转变。我们阐明了这些丰富的纳米流体现象的基础上的异质成核反应扩散的模型。
2020-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Stress Evolution in Composite Silicon Electrodes during Lithiation/Delithiation
我们报告了在电化学锂化和脱锂过程中用两种不同粘合剂[羧甲基纤维素（CMC）和聚偏氟乙烯（PVDF）]制成的复合硅电极的实时平均应力测量。在以非常慢的速率进行恒电流锂化期间，CMC基电极中的应力变得压缩并增加到70 MPa，在此其达到平台并随后随着容量缓慢增加。PVDF基电极表现出类似的行为，尽管具有约12 MPa的较低峰值压缩应力。这些初步实验表明，在硅复合电极的应力演变强烈依赖于粘合剂的机械性能。从一系列锂化/脱锂循环中获得的应力数据表明，在接触Si颗粒时塑性引起的不可逆形状变化，因此，在任何给定的锂化/脱锂循环期间系统的应力响应取决于电极的循环历史。虽然这些结果构成了在电化学循环期间对复合Si电极的第一次原位应力测量，但本文所述的诊断技术可用于评估用其它活性物质/粘合剂组合制成的复合电极的机械响应。
2013-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Phase boundary between Na-Si clathrates of structures I and II at high pressures and high temperatures
理解共价笼形物的形成是设计具有超硬和金属导电性内在耦合的新型超硬材料的关键点。硅包合物具有原型结构，可以作为超硬包合物框架“Si-B”、“Si-C”、“B-C”和“C”的现有模型化合物，其中插入原子（例如碱金属甚至卤素）可以确保金属性质。在这里，我们报告的原位和异位研究的高压形成和稳定的笼形物Na 8 Si 46（结构I）和Na 24 + xSi 136（结构II）。使用标准的Paris-Edinburgh池（对置砧座）进行了高达6 GPa和1500 K的实验。我们已经确定，在Na-Si系统中的化学相互作用和两种结构的笼形物之间的转变发生在低于硅熔化的温度。结晶产物对钠浓度有很强的敏感性。提出了笼形转变的初步图解。与Na 8 Si 46（结构I）相比，Na 24 + xSi 136（结构II）在至少高达~6 GPa的温度下是稳定的。
2016-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale structural characterization of manganite thin films integrated to silicon correlated with their magnetic and electric properties
采用脉冲激光沉积法在缓冲Si（100）衬底上制备了不同厚度的高质量La 0. 66 Sr 0. 33 MnO 3（LSMO）薄膜，并对其进行了详细的纳米尺度结构表征。一个多层结构建立的Y0.13Zr0.87O2（YSZ）和CeO 2层被用作缓冲，以优化锰氧化物薄膜的生长。使用不同的实验技术分析了不同层的堆叠、它们的形态、组成和应变。原位表征的薄膜，进行反射高能电子衍射，揭示了它们的外延生长和光滑的表面。高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）图像显示组分晶格之间的尖锐界面，并结合能量色散X射线分析，使我们能够确定它们之间没有离子互扩散。HR-TEM图像的傅立叶快速变换用于解析层之间的外延关系，得到[100] LSMO（001）// [110] CeO 2（001）//[110] YSZ（001）//[110] Si（001）。发现LSMO薄膜在低温下具有铁磁性和金属性，而与其厚度无关。应变和缺陷的影响，只有在薄膜薄于15 nm，并提出证据的X射线衍射图案和相关的磁和电参数。
2020-09-15 cond-mat.mtrl-sci
An Open-Source Multi-functional Testing Platform for Optical Phase Change Materials
针对硫系相变材料相变特性难以原位表征的问题，本文提出并开源了一种可由标准硅工艺制造的多功能硅微加热器平台，支持结构、动力学、光学和热学性质的原位测量。
2023-07-12 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Correlated and in-situ electrical transmission electron microscopy studies and related membrane fabrication
了解半导体纳米物体的结构，组成和光电特性之间的相互作用，需要结合基于透射电子显微镜（TEM）的技术与电气和光学测量的非常相同的标本。TEM技术的最新发展不仅允许特定对象的识别和原位电特性，而且还允许通过诸如焦耳加热的技术原位直接可视化其修改。在过去的几年里，我们已经进行了一些研究，在这些领域的审查，在这方面的贡献。特别是，我们在这里讨论i）相关的研究，其中相同的独特的对象是其特征在于电光和TEM，ii）在原位焦耳加热研究，其中在TEM中监测固态金属-半导体反应，和iii）原位偏置研究，以更好地了解接触的单纳米线的电性能。此外，我们提供了详细的氮化硅膜的制造步骤，这些相关的原位测量至关重要。
2021-12-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strain effects on silicon donor exchange: Quantum computer architecture considerations
提出的基于硅的量子计算机架构已经引起了人们的关注，因为它们具有可扩展性的承诺以及协同利用与强大的Si技术的现有基础设施相关的可用资源的潜力。对供体（例如磷）交换的定量理解和精确的物理控制是所提出的基于Si的量子计算机硬件的物理基础中的关键要素。在这种情况下，一个重要的潜在问题是，谷间干扰起源于Si导带边缘的简并导致施主交换耦合的快速振荡，这对Si量子计算机架构施加了重大约束。在本文中，我们考虑的影响，外部应变Si施主交换的背景下，量子计算机硬件。我们研究单轴应变Si中的施主电子交换，因为应变部分地提升了体中的谷简并度。特别是，我们专注于交换耦合的晶格位置之间的施主位移的影响，调查是否谷间干扰造成的问题，在应变硅施主交换耦合少。我们表明，使用Kohn-Luttinger包络函数的方法，交换耦合的快速振荡确实消失的捐助者对，满足一定的条件，他们的相对位置，而在其他情况下，捐助者交换耦合仍然振荡，与周期接近原子间的间距。我们还评论了可控的外部应变在硅量子计算机架构的设计和制造中可能发挥的作用。
2001-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
